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电磁作用力与磁路
对于各项同性的磁介质有B→=μH→（式中μ 为磁导率，B→、H→为矢量），在一般情况下，对于铁磁性物质（如衔铁）此式并不适宜，因为它的磁导率μ 不仅很大，而且不是常数，它与H 和磁化历史、温度等有关。但是，在空气隙的情况下，上式是成立的，并且有：μ=μo（在国际单位中μo=4x10-7 韦伯/安米，在厘米克秒制中μo=1）。黑白密度计 http://www.heibaimiduji.com 下面的讨论采用了简化模型，即假定B→=μH→总能成立并省略了矢量符号“→”。磁通量的定义为Φ=BS，式中B 为垂直通过面积S 的磁感应强度。
一.磁路和磁阻
下面分析电磁式换能器的衔铁、电磁铁和空气隙组成的闭合磁路，如图3.1 所示：图3.1 中的虚线表示磁路，闭合磁路总长度为l1+l2+2h
根据图3.1 有：H1l1+H2l2+2Hoh=Ni式中：N-线圈匝数；i-线圈电流；H1、H2、Ho 分别为电磁铁、衔铁和空气隙中的磁场强度。
设上述磁场通过的截面积分别为S1、S2 和So，根据B=μH 和Φ=BS 得到：H=B/μ=Φ/μS，代入上式得到：Φl1/μ1S1+l2/μ2S2+2h/μoSo)=Ni，整理后得到：Φ=Ni/R 磁这里R 磁=l1/μ1S1+l2/μ2S2+2h/μoSo，称为磁路的磁阻，而Ni 则称为磁通势，由于：μ1»μo，μ2»μo，故：R 磁≈2h/μoSo，因此可以把Φ=Ni/R 磁简化为：Φ=Ni/(2h/μoSo)=NiμoSo/2h图3.1 电磁式换能器磁路示意图
二.电磁铁对衔铁的作用
在图3.1 的情况下，线圈电流为i，空气隙缝中形成磁感应强度为B 的磁场时，假定衔铁在电磁力F作用下移动了很小的距离δ，而且电流i 可以调节使回路中的磁通Φ 不变，于是B 也不变，则衔铁在力F作用下所作的机械功为：dA=Fδ此时磁路系统储存的能量将相应减少W=B2(Soδ)/μo，根据能量守恒定理，这两个量应当相等，即dA=dW，因此有：F=B2So/μo=Φ2/μoSo，由此可见，力学量F 与电磁学量Φ 为平方关系而不是线性关系。
三.非极化系统
假定电磁式换能器没有电磁铁（即外加恒磁场）存在，铁芯原本未磁化，而只有线圈起作用的情况下，若磁通Φ 以圆频率ω 作简谐变化，即Φ=Φosinωt，故电磁作用力F=Φ2/μoSo=Φo2sin2ωt/μoSo，根据三角函数倍角公式：sin2ωt=(1-cos2ωt)/2则有：F=Φo2sin2ωt/μoSo=Φo2/2μoSo-Φo2cos2ωt/2μoSo=Fo-Focos2ωt式中：第一项Fo 为不随时间变化的恒量，第二项则是幅值为Fo 的且圆频率为2ω 的简谐量，这就是说出现了倍频现象。这种非线性的力-电磁系统就称为非极化系统，它所实现的力-电磁转换（即电-声转换）是“失真”的。
四.极化系统
为了实现力-电磁的线性转换，避免倍频现象出现和导致“失真”效果，通常采用了极化系统。所谓极化系统，就是在施加交变磁场的同时对原系统还施加一个很强的恒定磁场-极化磁场。极化磁场可以通过采用直流电磁铁或永久磁铁来产生。这时空气隙中的总磁通Φ 将由两部分合成-极化磁场的磁通Φ 和交变磁场的磁通Φ∽=Φosinωt，即：Φ=Φ∥+Φ∽=Φ∥+Φosinωt，因此电磁作用力F 就是：F= Φ2/μoSo
= (Φ∥
2+2Φ∥Φ∽+Φ∽
2)/μoSo
= (Φ∥
2+2Φ∥Φosinωt+Φo2sin2ωt)/μoSo
= (Φ∥
2+2Φ∥Φosinωt+Φo2/2-Φo2cos2ωt/2)/μoSo
实际上，当Φ∥»Φ∽时，可将Φ∽
2 忽略不计，则：F=(Φ∥
2+2Φ∥Φosinωt)/μoSo=Φ2/μoSo+2Φ∥Φosinωt/μoSo
式中第一项为极化力，这是不随时间变化的恒定力或静力，第二项才是与交变磁场同频率的交变作用力，其幅值为：2Φ∥Φo/μoSo，圆频率为ω，衔铁就是在此作用力下做受迫振动的。
在极化系统中，对电磁激励源的要求是：I=Io+Imsinωt，式中Io 即为产生极化磁场所需的恒定电流（直流）。
对于以极化系统形式工作的电磁式换能器，极化力（第一项）使振动膜片具有恒定偏移，而交变作用力（第二项）则使振动膜片以和线圈中通过的交变电流频率相同的角频率发生振动（这项是有功项），至于忽略不计的最后一项，则是因作用力与磁通（磁感应强度）不呈线性关系而产生的二次谐波畸变（失真），它只有在Φ∥»Φ∽（B∥»B∽）时才能忽略不计。就第二项来看，增大Φ∥（或B∥），就能以不太大的Φ∽而获得较大的交变（振动）作用力，也就是说能增大发射功率。
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